INNHOLDSFORTEGNELSE Bakgrunn... 3 Prosjektets målsetting... 3 Screening av ulike hydrolyseenzymers effektivitet i laboratorieskala...

2 INNHOLDSFORTEGNELSE 1 Bakgrunn... 3 2 Prosjektets målsetting... 3 2.1 Kommentarer til måloppnåelsen.... 4 3 Screening av ulike hydrolyseenzymers effektivitet i laboratorieskala... 5 3.1 Målsetting... 5 3.2 Utførelse... 5 3.2.1 Råstoff... 5 3.2.2 Hydrolyseforsøk... 7 3.3 Resultater... 11 3.3.1 Utbytter og kinetikk under hydrolysen... 12 3.3.2 Kvalitet på forskjellige fraksjoner... 15 3.3.2.1 Olje... 15 3.3.2.2 Hydrolysat og sediment... 17 3.4 Konklusjoner... 25 4 Test av ulike prosesskonsepter i pilotanlegg... 27 4.1 Bruk av mobilt pilotanlegg for produksjon av marine oljer og proteinfraksjoner ved Modolv Sjøset Pelagic.... 27 4.1.1 Beskrivelse av mobilt prosessanlegg... 27 4.2 Direkte produksjon av olje... 29 4.3 Produksjon av hydrolysat og olje ved hydrolyse og etterfølgende separasjon... 30 4.4 Produksjon av hydrolysat og olje ved oljeseparering og etterfølgende hydrolyse... 31 4.5 Resultater... 32 4.5.1 Olje... 32 4.5.1.1 Kvalitetsanalyser... 32 4.5.1.2 Resultater... 33 4.5.2 Hydrolysater... 35 4.5.3 Sedimenter... 38 4.6 Konstruksjonsmessige særegenheter hos anlegget for prosessering av biråstoff fra sild.... 40 4.7 Konklusjoner... 40 5 Oppsummering... 41 6 Acknowledgement... 42 7 Referanser... 43 8 Vedlegg... 44

3 1 Bakgrunn Den pelagiske industrien produserer store mengder biråstoffer. I 2009 ble det i Norge produsert totalt 291 000 tonn med biråstoff fra pelagisk industri (1). Dette biråstoffet ble tilnærmet fullt utnyttet i fiskeolje- og fiskemelindustrien, eller prosessert via ensilasje til ensilasjemel og ensilasjeolje. Ettersom biråstoff fra pelagisk industri kommer fra næringsmiddelgodkjent råstoff og produksjon, er det ønskelig å opprettholde denne kvaliteten også på produkter som kan produseres fra dette biråstoffet. I lakseindustrien er det vist at produkter som produseres fra biråstoff umiddelbart etter sløying har meget høy kvalitet. Spesielt oljer produsert fra meget ferskt råstoff har en lav grad av oksidasjon og høy stabilitet. Ved bruk av ny teknologi som kontrollert hydrolyse, er det mulig å produsere proteinhydrolysater fra proteinfraksjonen. Disse proteinhydrolysatene kan ha både funksjonelle-, ernæringsmessige- og bioaktive egenskaper som gjør de interessante i mange markeder. 2 Prosjektets målsetting Målsettingen med SINTEFs oppdrag var, som angitt i prosjekttilbudet: 1. Produsere ren olje fra ferskt sildebiråstoff. Det produseres for EPAX 2 * 30 liter sildeolje fra ferskt sildebiråstoff levert fra Modolv Sjøset. Sildeoljen produseres ved henholdsvis 90 grader og 50 grader. Oljen fylles på kanner som leveres fra EPAX. Denne oljen produseres uten hydrolyse. 2. Produsere sildeolje, flytende hydrolysat og uløselig masse (grakse) fra tradisjonell prosess med hydrolyse av sildebiprodukter utført med kommersielt enzym og påfølgende oljeseparering. 3. Produsere sildolje og flytende hydrolysat fra prosess og grakse, hvor oljen skilles først fra oppvarmet biråstoff. Biråstoffet hydrolyseres og flytende hydrolysat og grakse separeres.. 4. Analyser av produserte produkter 5. Rapportering

4 2.1 Kommentarer til måloppnåelsen. 1. Det ble produsert ren olje fra ferskt biråstoff til EPAX, totalt ble det levert 20 L som ble godkjent av EPAX som tilstrekkelig for deres videre arbeid. Sildeoljen skulle etter forslag fra SINTEF tas ut ved henholdsvis 90 og 50 grader. 90 grader ble valgt for å kunne få en sammenligning med dagens vanlige sildoljeproduksjon, og 50 grader ble valgt for om mulig å produsere en olje som var svært lite varmebehandlet. Den produserte oljen ble separert etter oppvarming av råstoffet til 70 ± 10 grader, grunnet kapasitetsproblemer i kvernen som skyltes den høye beinandelen i råstoffet. EPAX var fornøyd med produksjonstemperaturen idet den representerte olje uttatt fra sild ved lavere varmebelastning enn konvensjonell sildeoljeproduksjon. Det ble ikke forsøkt å produsere olje ved 50 grader. 2. I andre forsøk ble oppvarming, og hydrolyse og inaktivering av enzymet utført som planlagt. Under tømming av hydrolysetank pakket utløpsventilen seg pga beinfraksjonen. Hydrolysatet ble derfor pumpet ut over tanktoppen og til trikanteren. Totalt ble det tatt ut ca 10 liter olje fra hydrolysatet. 3. I siste forsøk ble olje tatt ut etter oppvarming til 80-85 grader og ca 14 liter olje ble tatt ut. Limvannet ble ført til hydrolysetanken. Graksen som ble tatt ut fra tricanteren hadde en konsistens med høyt tørrstoff og stor klebeevne som ikke tillot pumping til hydrolysetanken. Etter hydrolyse og inaktivering av enzymet ble det hydrolyserte limvannet separert i olje og hydrolysat fraksjon. Det var som forventet ingen tørrstoff fraksjon i det hydrolyserte limvannet. Totalt ble det tatt ut 25 L olje fra hydrolysefraksjonen. 4. Det ble tatt prøver fra alle forsøkene som umiddelbart ble kjølt ned i isvann og senere satt på fryserom. Prøvene ble analysert som beskrevet i denne rapporten. Dette var første gang utstyret ble testet på pelagisk råstoff. Tidligere testinger var utført på lakseslo, og der fungerte utstyret problemfritt. I ettertid etter dette forsøket er kvernen forbedret og eventuelt alternative løsninger er under utvikling. Utløpet av hydrolysetanken er ombygd og en

5 silløsning er satt inn i tanken som hindrer at bein blir et problem under videre prosessering av hydrolysatfraksjonen. I dette forsøket var fokus på produksjon og kvalitetsbestemmelse av sildeolje produsert fra ultraferskt råstoff. Spesielt viktig var dokumentasjon av variasjonen i kvalitet ved ulike prosesseringsbetingelser. Utbyttet av olje var ikke fokus i dette prosjektet, da praktisk utbytte er avhengig av investert produksjonsutstyr, operasjonen av produksjonsutstyret og hvilke fraksjoner som skal optimaliseres. Alt etter hva som gir best uttelling i markedet kan prosessene fokuseres på maksimering av oljeutbyttet, limvannsutbyttet, hydrolysatutbyttet eller utbyttet av grakse og/eller annet uløselig tørrstoff. 3 Screening av ulike hydrolyseenzymers effektivitet i laboratorieskala 3.1 Målsetting Målsettingen for laboratorieanalysene var tredelt: 1. Valg av enzym. Det er mange kommersielle enzymer tilgjengelig for hydrolyse av biråstoff fra fisk. I hydrolyseforsøket i pilotskala hos Modolv Sjøset var det bare mulig å utprøve ett eller et lite antall enzymer. For å finne et godt enzym som kunne benyttes i pilotforsøket ble flere enzymer og enzymblandinger testet i laboratorieskala. Av praktiske årsaker ble frosset samfengt biråstoff fra sild benyttet som råstoff i disse hydrolyseforsøkene. 2. Måling av utbytter. For å få en best mulig oversikt over virkemåten til de ulike enzymene ble utbytte som funksjon av hydrolysetid beregnet for alle fire fraksjoner (olje, emulsjon, hydrolysat og sediment). 3. Måling av kvalitet. Kvalitetsparametrene hos de ulike produserte produktene ble til slutt kvantifisert. 3.2 Utførelse 3.2.1 Råstoff I laboratorieforsøkene ble frosset samfengt biråstoff fra Modolv Sjøset benyttet (Figur 1).

6 Figur 1. Tint biråstoff fra sild (foto: SINTEF Fiskeri og havbruk). Restråstoffet var avskjær fra filetproduksjonen og besto av hoder, haler, buklist, ryggbein og innvoller. Magevolum (totalt innvoller) på denne tiden er ca 10 %. Temperatur på råstoffet før filetering var ca 0 C. Avskjæret ble plukket ut under filetmaskiner mens produksjonen pågikk. Det ble umiddelbart pakket i vakuum i poser a ca 10 kg og pakket i 20 kg kartonger (2 stk i hver). Deretter ble det frosset inn i frysetunell ned til ca -20 C. Råstoffet ble transportert med frysebil fra Træna til Trondheim. Frosset råstoff ble tint over natten (til ca -1 O C), kvernet med kjøttkvern (Figur 2) med 8 mm hull og lagret på is før hydrolyse.

7 Figur 2. Kverning av samfengt tint biråstoff fra sild på laboratoriet (foto SINTEF Fiskeri og havbruk). 3.2.2 Hydrolyseforsøk Det ble utført åtte hydrolyseforsøk (Tabell 1). Seks forskjellige kommersielle enzymer (Tabell 1), enkeltvis eller i blanding ble benyttet i hydrolyseforsøkene. En kontrollhydrolyse uten tilsetting av kommersielle enzymer ble også utført. Denne hydrolysen inneholdt bare endogene enzymer dvs. enzymer som opprinelig er i silda. Betingelsene for forsøkene, som ble utført på fermenteringslaboratoriet ved SINTEF Materialer og kjemi, (Figur 3) er gitt i Tabell 1.

8 Figur 3. Hydrolyse i fermenteringslaboratoriet ved SINTEF Materialer og kjemi (foto SINTEF Fiskeri og havbruk). Tabell 1. Oppsett av hydrolyseforsøk. Enzym Enzym konsentrasjon (% på råstoffbasis) Endogene Alcalase Bromelain Flavorzyme Papain Papain+Bromelain (50:50) Promod 184P Protamex Råstoff:Vann Temperatur 0,1 50:50 50 o C Tid for prøveuttak for alle enzymer 15 min 30 min 45 min 60 min For å utføre hydrolyse (Figur 4) ble 1 liter varmt vann (ca 65 o C) tilsatt til 1 kg kvernet sildmasse. Temperaturen av vann og sildemasse i hydrolysereaktorene (som var utstyrt med en varmekappe) ble økt til prosesstemperaturen på 50 o C. Enzym (0,1 % av biråstoffets våtvekt) ble tilsatt og hydrolysen ble utført under stadig omrøring i 1 time. For å følge hydrolysens kinetikk ble en representative prøver av hvert hydrolysat (100 ml) tatt ut hvert femtende minutt. I den uttatte prøven ble enzymet inaktivert gjennom en temperaturøkning til 90 o C grader i en mikrobølgeovn. Inaktiverte hydrolysater ble sentrifugert ved ca 3500*g i 5 minutter for å fremkalle faseseparering (Figur 7) og ble deretter fryst inn umiddelbart uten at faseseparasjonen ble ødelagt. Løst oksygen og ph ble kontinuerlig logget under hele hydrolyseprosessen (Figur 8). Data er viste i Figur 5, Figur 6 og i vedlegg.

9 Tint restråstoff fra sild Vann Kverning Hydrolyse 50 o C Enzym Inaktivering (temp. >90 o C) Sentrifugering Olje Emulsjon Hydrolysat Sediment Figur 4. Flytskjema som viser hydrolyse i lab skala. ph 7 6,8 6,6 6,4 6,2 6 5,8 5,6 5,4 5,2 5 Enzym tilsatt Hydrolyse avsluttet 0 0,2 0,4 0,6 0,8 1 1,2 1,4 Hydrolysetid (timer) Figur 5. Eksempel på logging av ph under hydrolysen (hydrolyser med følgende enzymer: endogene, Alcalase, Bromelain og Flavourzyme).

10 20 18 oppløst oksygen (%) 16 14 12 Enzym tilsatt Hydrolyse avsluttet 10 8 6 4 2 0 0,3 0,5 0,7 0,9 1,1 1,3 1,5 Hydrolysetid (timer) Figur 6. Eksempel på logging av oppløst oksygen under hydrolysen (hydrolyser med følgende enzymer: endogene, Alcalase, Bromelain og Flavourzyme). Figur 7. Oversikt over prøvepreparering av prøver fra hydrolyseforsøket i laboratorieskala.

11 Figur 8. Utstyr for automatisk logging av temperatur, ph, oksygenmetning og omrøringshastighet i hydrolysereaktorene (foto SINTEF Fiskeri og havbruk). 3.3 Resultater Totalt ble 8 forskjellige hydrolyseforsøk utført. I alle hydrolyseforsøkene ble prøve tatt hvert femtende minutt. Figur 8 viser produktene fra enzymhydrolysen i form av en inaktivert og sentrifugert prøve. Mengdefordeling av fasene vil variere avhengig av sammensetning og kvalitet av råstoff og hydrolyse betingelser (hydrolysetid, temperatur, mengde av tilsatt vann, enzymmengde og enzymtype). Figur 9 viser et vanlig bilde når lipidrikt biråstoff hydrolyseres. Hos de fire fraksjonene er følgende utbytte ønskelig: Størst mulig oljefraksjon, Minst mulig emulsjonsfraksjon Størst mulig hydrolysatfraksjon Minst mulig sedimentfraksjon. I tillegg er følgende kvalitetskriterier viktige for produktene: Olje må ikke være oksidert og den må være oksidativ stabil. Hydrolysater må inneholde minst mulig olje, da lagringsstabiliteten i hydrolysatet ofte begrenses av lipidoksidasjon. Lipidmengde bør generelt være mindre en 0,5 % i tørket hydrolysatpulver (2).

12 Olje Emulsjon Hydrolysat Sedimenter Figur 9. Sentrifugerør som viser de ulike fasene etter enzymbehandling, inaktivering og sentrifugering av sildebiråstoff (foto SINTEF Fiskeri og havbruk). 3.3.1 Utbytter og kinetikk under hydrolysen Biråstoffet fra sild som ble brukt i laboratorieforsøkene var produsert i september som er en tid hvor NVG (Norsk Vårgytende Sild)-sild inneholder mye fett. Biråstoffet innholdt ca. 25% fett på basis av våtvekt. Ved bruk av forskjellige enzymer man kan separere opp til 95 % av oljen som er i utgangsmaterialet (Figur 10). Kinetikk av oljeutbytte som er vist i Figur 10 indikerer at en hydrolysetid på 30-45 minutter er vinduet hvor en kan skille ut den høyeste mengden av olje. Lengre hydrolysetid kan føre til redusert oljeutbytte. En årsak til dette kan være emulsjonsdannelse ved lengre hydrolysetid. Figur 11 viser at mengde av uønsket emulsjon for de fleste hydrolyser avtar inntil 45 minutter hydrolysetid, men begynner å øke igjen ved lengre hydrolyse. Det kan bety at en del av oljen som først var frigjort ved hydrolyse etter hvert emulgeres og havner i emulsjonsfraksjonen. Resultater fra oljeutbytte og emulsjonsdannelse viser at en blanding av enzymene Papain og Bromelain (50/50) og Protamex er de beste enzymer blant de studerte når det gjelder å frigjøre olje uten kraftig dannelse av uønsket emulsjon.

13 110 olje utbytte (% av totall olje i restråstoff) 100 90 80 70 60 50 40 30 20 0 10 20 30 40 50 60 70 Endogene Alcalase Bromelain Flavourzyme Papain Pa+Br Promod 1,84P Protamex Hydrolysetid (min) Figur 10. Oljeutbytte som funksjon av ulike enzymer og hydrolysetid. Totalt olje i biråstoff var 25 % av våtvekt bestemt ved Bligh & Dyers metode. 25 Emulsjon mengde ( % av total vekt av hydrolyse blanding) 20 15 10 5 Endogene Alcalase Bromelain Flavourzyme Papain Pa+Br Promod 1,84P Protamex 0 0 10 20 30 40 50 60 70 Hydrolysetid (min) Figur 11. Dannelse av emulsjonsfraksjon som funksjon av forsjellige enzymer og hydrolysetid, oppgitt i % av total vekt av hydrolyseblanding (råstoff: vann-50:50). Figur 12 viser totalt tørrvektsinnhold av oppløste stoffer i hydrolysatfraksjonen (vannfraksjonen) som funksjon av totalt tørrstoff i råstoffet. En liten nedgang i tørrvektsinnholdet ble observert mellom 15 til 30 min hydrolysetid og dannelse av emulsjon kan være forklaringen til

14 dette. Videre hydrolyse (opp til 60 min) ga økt mengde av tørrvekt i hydrolysatfraksjonen. Alcalase, Papain og Protamex var de enzymer som ga den største mengden av oppløste stoffer i hydrolysatfraksjonen (FPH). En korresponderende motsatt tendens ble observert med totalt tørrvektsinnhold i sedimentfraksjonene: det totale tørrvektsinnholdet i disse avtok med hydrolysetiden. Alcalase, blanding av Papain og Bromelain (50/50) og Protamex ga den minste sedimentfraksjonen. Dette viser at enzymer under hydrolysen bryter ned proteiner som ellers ville ha havnet i bunnfallet. 40,0 35,0 FPH (% av tørrstoff fra råstoff) 30,0 25,0 20,0 15,0 10,0 Endogene Alcalase Bromelain Flavourzyme Papain Pa+Br Promod 1,84P Protamex 5,0 0,0 0 10 20 30 40 50 60 70 Hydrolysetid (min) Figur 12. Økning av mengde fiskeproteinhydrolysater (FPH) som funksjon av hydrolysetiden for ulike enzymer.

15 Sedimenter (% av tørrstoff i råstroff) 50 45 40 35 30 25 20 15 10 5 Endogene Alcalase Bromelain Flavourzyme Papain Pa+Br Promod 1,84P Protamex 0 0 10 20 30 40 50 60 70 Hydrolyse tid (min) Figur 13. Nedgang i sedimentfraksjonen som funksjon av hydrolysetiden for ulike enzymer. Ved å sammenligne kinnetikkdata og mengden av de forskjellige fraksjonene som dannes under hydrolysen kan de beste enzymer- eller blandinger av enzymer selekteres. De beste enzymer er de som frigjør mest olje, oppløser mest proteiner (størst andel av tørrstoff i hydrolysatet) og danner minst mulig emulsjon. Blant de enzymene som var brukt i studien var blandingen av Papain og Bromelain (50/50) og Protamex de beste. Kinetikkdataene viser at det er forskjell på optimal hydrolysetid om man ønsker mest mulig olje eller om man ønsker mest mulig av tørrstoffet i hydrolysatet. For optimal oljeseparasjon ser en hydrolysetid på 30 til 45 min være optimal ved 50 C. Proteinhydrolysen øker med hydrolysetiden også ut over de 60 min som var forsøkets varighet. Det bør påpekes at hydrolysen ble kjørt ved 50 C, mens en del enzymprodusenter angir at optimaltemperaturen for deres enzym ligger ved 55-60 C (se vedlegg). 3.3.2 Kvalitet på forskjellige fraksjoner 3.3.2.1 Olje 3.3.2.1.1 Kvalitetsanalyser Viktige kvalitetsparametre for oljen er: - Kjemisk sammensetning - Oksidasjonsstatus

16 - Oksidasjonsstabilitet Kjemisk sammensetning ble bestemt vha Iatroscan (kvantitativ tynnskiktskromatografi) hvor de ulike lipidklassene (triglycerider, diglycerider, monoglycerider, frie fettsyrer, fosfolipider, cholesterol og cholesterolestere) kan kvantifiseres (3). Oksidasjonsstatus og oksidasjonsstabilitet ble ikke bestemt i oljer fra disse forsøkene, da dette var forsøk utført i liten skala. Forsøk i liten skala er vanligvis ikke representative for industriell produksjon da innblandingen av oksygen (overflate til volumforhold) ikke er den samme. 3.3.2.1.2 Resultater Mengden triglycerider i oljen ble bestemt til 97 %. Innholdet av fosfolipider, mono- og diglycerider var mindre enn 2 %. Kvaliteten på oljeen ble bestemt med måling av mengden av frie fettsyrer i oljen med bruk av tynnskiktskromatografi (3). Figur 14 viser at olje separert fra frosne biproduktene før hydrolyse i liten skala inneholder 20,1 mg frie fettsyrer per g olje (2,1 %), mens olje separert fra ferskt råstoff hos Modolv Sjøset (Tabell 5) inneholdt kun 0,1-0,3% frie fettsyrer. Dette tyder på at en del lipidhydrolyse skjedde i råstoffet til labbhydrolysene under lagring før innfrysning eller under innfrysning. Mengden av frie fettfettsyrer i olje separert etter 60 min hydrolyse med ulike enzymer ga ca. 24-26 mg frie fettsyrer per g olje (2,4 2,6 %) og indikerer at lipidhydrolyse også foregår i løpet av en times hydrolyse ved 50 o C og øker fettsyrekonsentrasjonen med 0,3-0,5 %. Likevel er økningen i mengden av frie fettsyrer ikke stor, og forskjellen mellom olje separert etter hydrolyse med ulike enzymer er ikke betydelig. Skal man trekke noen konklusjon på grunnlag av disse data, så ser Alcalase ut som det enzymet som er minst kontaminert med lipaser. Alcalase gir minst lipidhydrolyse, da mengden av frie fettsyrer ved bruk av Alcalase ikke har økt mer enn ved hydrolyse med kun endogene enzymer.

17 50 45 40 35 Frie fettsyrer (mg/g olje) 30 25 20 15 10 5 0 Figur 14. Mengde av frie fettsyrer i olje separert etter 60 min hydrolyse med ulike enzymer. Resultatene er presentert som snittverdier med standardavvik. 3.3.2.2 Hydrolysat og sediment Prøver fra hydrolysereaktorene ble behandlet som vist i Figur 7. 3.3.2.2.1 Kvalitetsanalyser Viktige kvalitetsparametere for fiskeproteinhydrolysate (FPH) er: - Kjemisk sammensetning - Hydrolysegrad - Molekylvektfordeling av produserte peptider - Bitterhet Kjemisk sammensetning. Lipidinnhold ble bestemt med Bligh and Dyers metode (4). Bestemmelse av proteininnhold ble beregnet ut fra mengde av N i prøven (Costech Instruments ECS 4010 CHNSO Analysator) ved multiplisering med en generell proteinfaktor på 6,25. Bestemmelse av hydrolysegrad i hydrolysatene ble utført ved hjelp av formoltitrering (5). Molekylvektfordeling på hydrolysater ble bestemt med Size Exclution Cromatography på FPLC (AKTA FPLC Amersham, Bioscience instrument): kromatografert med væskehastighet på 0,5 ml/min og med 50 mm Imidazole Buffer (ph 7) som mobilfase. Kolonnen som ble benyttet ved analysen var Superdex G75 kolonner med aktivt separasjonsområde på 3 000 70 000 Da

18 (mer info i vedlegget). Deteksjon ble foretatt ved adsorpsjonsmåling av eluatet ved 280 nm, som er absorpsjonsområdet for aminosyrene med aromatisk ring (tryptofan, tyrosine og fenylalanin). De følgende standarder ble brukt for å evaluere molekylevektfordeling i prøver: LMW kalibrering kit for SDS elektroforeses (Amersham Bioscience, UK) som inneholder: Phophorylase (Mw 97 000), albumin (Mw 66 000), ovalbumin (Mw 45 000), Carbonic anhydrase (Mw 30 000), Trypsin inhibitor (Mw 20 100), α-lactalbumin (Mw 14 400). Som enkl standard ble benyttet Cytochrome C (Mw 12 400). Bitterhet av FPH ble evaluert av et utvalg av dommere som var selektert for å ha høy sensitivitet for bittersmak. Hydrolysatenes bitterhet ble vurdert i en 1 % løsning av frysetørket FPH i rent vann. Forskjellstest med bruk av skala (1 til 8 og 1 til 6: avhengig av mengde av prøver i testen) ble benyttet: Dommere måtte i disse testene plassere en serie prøver i rekkefølge etter intensiteten av bitterhet i hydrolysatløsnngen. Den mest bitre prøven fikk høyeste poengsum og minst bitter fikk laveste poengsum. 3.3.2.2.2 Resultater Lipidinnholdet i fiskeproteinhydrolysatene (FPH) ble bestemt etter frysetørking av vannfraksjonen og resultatene er vist i Tabell 2. Tabell 2. Lipider i tørket FPH pulver. Lipidkonsentrasjon (% av tørrvekt FPH) Før hydrolyse 2.3±0.3 Etter hydrolyse Endogene enzymer 1.0±0.1 Alcalase 1.1±0.1 Protamex 0.7±0.1 Promod 184P 0.7±0.1 Bromelain 1.2±0.1 Papain 1.1±0.1 Pa+Br 0.8±0.1 Flavourzyme 1.3±0.1 Før tilsats av kommersielle enzymer inneholdt limvannene (separerbar vannfraksjon) 2,3 % lipider og etter hydrolysen hadde mengden av lipider i FPH-pulver sunket til gjennomsnittlig 1,0±0,2 % (Tabell 2)., en reduksjon på mer enn 50 %. Men ingen av pulverne inneholdt lipider i konsentrasjoner lavere en 0,5 %, som er oppgitt å være en mulig grense for oksidative stabile produkter ved lagring (2). Det må her bemerkes at lipidkonsentrasjonen kan reduseres ytterligere ved

19 bedre separasjon mellom fasene og et renere skille mellom emulsjonsfasen og hydrolysatfasen. Blant de enzymene som ble benyttet i studien ga en blanding av Papain og Bromelain (50/50) eller Promod eller Protamex et FPH pulver med de laveste konsentrasjoner av lipider (0,7-0,8 %). Hydrolysegrad Ved proteolytisk hydrolyse spaltes proteiner og det dannes kortere peptider og frie aminosyrer. Ved spaltning av proteiner øker antall N-terminaler (NH 2 ) og C-terminaler (COOH) og gjennomsnittelig størrelse på proteinene avtar. Ved bestemmelse av hydrolysegrad er det de frie NH 2 grupper som kvantifiseres og hydrolysegrad beregnes som antall spaltede peptidbindinger av totalt mengde av N i prøven. Analyser av hydrolysegrad viser at alle hydrolysater produsert med forskjellige enzymer har lik hydrolysegrad som ligger på ca. 36 % (Figur 16). Oppmalt biråstoff, som ble analysert før tilsetting av kommersielle enzymer, hadde allerede høy hydrolysegrad (29 %). Disse verdier viser at formoltitreringen ikke bare angir mengden angir frie NH 2 grupper etter hydrolyse, men at verdiene har et betydelig innslag av av interfererende nitrogengrupper. Det er kjent at sild inneholder en lang rekke nitrogenekstraktiver som ikke er av protein- eller peptidnatur (6) og disse kan influere på målemetoden. Hvorvidt det har skjedd en begrenset proteinhydrolyse i råstoffet under nedfrysning, transport og opptining er det ikke mulig å lese ut fra disse data. Hydrolysegrad bestemt for ferskt råstoff analysert hos Modolv Sjøset er funnet til ca 20 % (Figur 27). Denne differansen på 9 % antyder at det er skjedd en hydrolyse før råstoffet kom fram til laboratoriet og før det ble benyttet til de ulike hydrolyseforsøkene. Netto økning i hydrolysegrad etter hydrolyse er gitt i Figur 15. % frie aminogrupper av totalt nitrogen i prøven 20,0 18,0 16,0 14,0 12,0 10,0 8,0 6,0 4,0 2,0 0,0 Figur 15. Netto økning i frie aminogrupper dannet etter hydrolyse ved 45 min med ulike enzymer.

20 Det er ingen store forskjeller på hydrolysegraden ved tilsats de ulike enzymene. Man kan ane en større produksjon av alfa aminogrupper (som angir oppkutting av proteinene) fra eksopeptidasene som Alcalase og Papain, mens de enzymer med et sterkere innslag av exopeptidaseaktivitet som Bromelain og Flavourzyme har litt lavere produksjon. At hydrolysegrader er lavere i noen forsøk tilsatt kommersielle enzymer, sammenlignet med kontrollhydrolysen med kun de endogene enzymene, kan skyldes at de endogene enzymene degraderer de tilsatte kommersielle enzymene. Hydrolysegraden oppnådd med bare endogene enzymer indikerer at bruk av kommersielle enzymer kanskje ikke er nødvendig i de tilfellene råstoffet har meget aktive endogene enzymer. De enzymer som her er kalt endogene enzymer kan ha to opphav. Det kan være sildas egne, hovedsakelig fordøyelses enzymer, og i tillegg enzymer i sildas åteinnhold. Hvor stor effekt de ulike enzymene har på hydrolysen er ikke studert i dette arbeidet, Det er for en videre utvikling av hydrolyseprosessen for biprodukter fra sild viktig å få avklart åteinnholdets påvirkning av hydrolysen. Varierende enzymaktivitet på grunn av åteinnhold vil medføre variasjoner i det produserte hydrolysat både med hensyn på hydrolysegrad og bitterhet. Ønskes det å oppnå et mest mulig stabilt hydrolyseprodukt bør alle endogene enzymer inaktiveres ved oppvarming før hydrolyse. Hydrolysen utføres da kun med kommersielle enzymer. En annen mulighet kan være å utføre hydrolysen på biråstoff som ikke inneholder mage og tarmfraksjonen og således få et råstoff for hydrolyse som er noenlunde stabilt med hensyn på enzymaktivitet. Molvektsfordeling Det er teoretisk mulig å skille de ulike vannløselige hydrolyseproduktene etter deres størrelse ved såkalt Size Exclusion Chomatography (SEC). Men på grunn av interaksjonen mellom ulike forbindelser i prøven og kolonnematerialet, vil SEC alltid ha et innslag av adsorpsjonskromatografi som kan tildels forvrenge bildet av fordelingen av molekylstørrelsen. En annen usikkerhet kan også være prøveopparbeidelsen som kan medføre artefakter i molvektsbildet. Etter en kolonnespesifikk tid (ca 16 min for de benyttede kolonnene) kommer de største molekylene ut først og de mindre følger i tur og orden. Kromatogrammene av de ulike hydrolysater etter 45 min hydrolyse ble separert med Superdex G75 som er oppgitt å skille peptider i området 70 000 til 3 000 Da. Resultatene er gitt i Figur 17. Resultatene viser at alle prøver har meget lik peptidprofil. Diagrammet antyder at enzymene Protamex, endogene og Papain er mest aktive i å hydrolysere proteiner med molvekter over ca ca. 14 000 Da. Under denne molekylvekten er det vanskelig å si noe om relativ hydrolyseaktivitet. Kromatogrammene støtter resultatene fra analysen av hydrolysegrad som viser at det ikke er signifikant forskjell mellom hydrolyseprøvene etter 45 min hydrolyse, når man betrakter dem med relativt grove analyseteknikker. Analyse av molvektsfordeling utført med en

21 Superdex Peptide kolonne, som er oppgitt til å skille mellom 7000 til 100 Da, viser at en ikke fikk store endringer i peptidprofilen (data ikke vist) ved hydrolyse med de valgte enzymene. En liten økning i relative konsentrasjon av peptider med størrelse ca. 750 Da ble observert samtidig med en reduksjon i relative konsentrasjon av større peptider med molekylvekt ca 1000-2000 Da (Figur 18) i løpet av hydrolysen. Hydrolysagrad (%) 50 45 40 35 30 25 20 15 10 5 0 Figur 16. Hydrolysegrad (%) av hydrolysater produsert med ulike enzymer.

22 3500 3000 2500 Superdex G 75 Mw 3 000 70 000 H1P3 Endogene Alcalase H2P3 100.000 H3P3 Bromelain Flavourzyme H4P3 H5P3 Papain Protamex H8P3 H6P3 Papain +Bromelain H7P3 Promod 2000 1500 Mw 10.000 Molekylvekt 1000 500 0 1.000 0 10 20 30 40 50 60 70 80 Elusjonstid (min) Figur 17. Kromatogrammer av hydrolysater produsert med forkjelige enzymer ved bruk av Superdex G 75 kolonnen, Standarder (Mw): Phosphorylase (Mw 97 000), albumin (Mw 66 000), ovalbumin (Mw 45 000), Carbonic anhydrase (Mw 30 000), Trypsin inhibitor (Mw 20 100), α- Lactalbumin (Mw 14 400) og Cytochrome (Mw 12 400). Relative konsentrasjon av peptider 1000 900 800 700 600 500 400 300 200 100 0 0 10 20 30 40 50 Hydrolysetid (min) MW~750 MW~1000 MW~2000 Figur 18. Produksjon av små peptider(blå kurve) og spalting av større peptider (rød kurve) ved hydrolyse av restråstoff fra sild med en blanding av Papain og Bromelain.

23 Bitterhet Selv om det ikke var observert store forskjeller mellom de ulike hydrolysatene når det gjaldt den kjemiske karakteriseringen, viste sensoriske analyser at hydrolysatene hadde store forskjeller. Analysen av bitterhet gir meget tydelig tendens som viser at ulike enzymer gir hydrolysater med ulike bitterhetsnivåer (Figur 19). Ulike enzymer hydrolyserer proteiner på forkjellige måter og gir derfor ulike hydrolyseprodukter. Bitterhet skyldes blant annet dannelse av bitter peptider og dette er særlig små peptider (di- og tri- peptider, som inneholder to eller tre aminosyrer). Det er også kjent at frie aminosyrer gir mindre bitter smak sammenholdt med peptider som inneholder de samme aminosyrene. For å redusere bittersmak brukes ofte eksopeptidaser (enzymer som kutter en og en aminosyre fra peptider, og produserer aminosyrene enkeltvis). Flavourzyme, som har eksopeptidaseaktivitet, ga et av de beste resultatene blant hydrolysatene på bitterhetsmålingen. Mer aktive enzymer som Alcalase og Promod kutter proteinene i større stykker, men har begrenset aktivitet for kutting av tri- og di-peptider og disse enzymene ga som forventet de mest bitre hydrolysatene (Figur 19). Endogene enzymer (enzymer som finnes naturlig i råstoffet) og blanding av Papain og Bromelain (50/50) ga hydrolysater med minst bittersmak. 7,0 6,0 5,0 Relativ bitterhet 4,0 3,0 2,0 1,0 0,0 Pa+Br Endogene Flavourzyme Bromelain Protamex Papain Promod Alcalase Figur 19 Relativ bitterhet av FPH produsert med endogene og ulike kommersielle enzymer, Pa+Br - blanding av Papain og Bromelain (50/50).

24 Utbytter i ulike fraksjoner 70 60 % of totall tørr stoff i sild rest rå stoff 50 40 30 20 10 Olje Emulsjon FPH Sedimenter 0 Figur 20. Mengdefordeling er angitt i prosent av de ulike fraksjonene før og etter hydrolyse. Mengden er analysert som gram olje i oljefraksjonen og som gram tørrstoffinnhold i de tre fasene emulsjon, fiskeproteinhydrolysat (FPH) og sediment per 100 g tørrvekt.. Data er hentet fra 60 min hydrolystid. Endogene enzymer: uten tilsats av kommersielle enzymer, Pa+Br: blanding av Papain og Bromelain (50/50). Figur 20 viser at de proteolytiske enzymene hydrolyserer sedimentfraksjonen. Før hydrolyse utgjør sedimentfraksjonen 37 % av tørrstoffet i materialet og etter hydrolyse er sedimentfraksjonen redusert til 10-15 %. Hydrolysen fører til en økning av både oljefraksjonen, tørrstoffet i emulsjonen og tørrstoffet i fiskeproteinhydrolysatet. Massebalansen viser at gjenfunnet materiale etter hydrolysen er innenfor 100±6 %. Økning i tørrstoff under hydrolysen kan skyldes fordamping av vann i løpet hydrolyseforsøket og under inaktivereing av enzymene ved 90 grader. Enzymkostnader De norske sildekvotene er for tiden rekordhøye og fileteringsandelen er økende. Dette resulterer viser at norsk pelagisk industri produserer store mengder biråstoff (1, 6-7). For 2009 har RUBIN beregnet at biråstoff fra sildeindustrien utgjør 291 000 t (1). I dag leveres størstedelen av biråstoff til mel/olje industrien og ensilasjeindustrien. Produksjon fra ferskt råstoff av sildeolje og hydrolysater som hovedprodukter er et mulig alternativ til dagens produksjon. For å hydrolysere denne mengden av biråstoff fra sild trengs ca 64 mill NOK per år for innkjøp av kommersielle

25 enzymer, beregnet på grunnlag av en enzymtilsats på 0,1 % av råstoffkvantum og en enzympris på: 220 kr/kg,(se Vedlegg). Om man bruker biligere enzymer (~65 kr/kg: vedlegg) blir den årlige kostnaden kr 19 mill. Enzymkostnadene synker til 0 hvis man bruker bare endogene enzymer. Om enzymer benyttes for å utvinne olje fra biråstoffet vil enzymkostnadene påvirke produksjonskostnadene for oljen. En enkel kalkulasjon viser at enzymkostnadene kan bli betydelige sett i relasjon til oljens salgspris (Tabell 3). Tabell 3. Enzymkostnadenes bidrag til produksjonskostnadene for sildeolje ved hydrolyse av biråstoff Enzympris 83 NOK er beregnet for Papain+Bromelain (50/50) og 220 NOK for Alcalase (se Vedlegg)). Olje utbytte (% fra vått biråstoff) Enzympris (NOK/kg) Enzymkostnad (NOK) per 1 liter av utvunnet olje 10 83 0,8 220 2,2 20 83 0,4 220 1,1 Ettersom kostnadene for kommersielle enzymer utgjør en såpass stor andel av produksjonskostnadene, bør utnyttelsen av enzymene optimaliseres. Dette kan gjøres ved et nærmere studium av nødvendig enzymmengde for å oppnå tilstrekkelig hydrolyse, samt optimalisering av temperatur, vanninnblanding, optimal hydrolysetid sett i forhold til investeringer i hydrolyseutstyrets kapasitet og eventuelt forandring av ph eller regulering av ionebalanser. 3.4 Konklusjoner De resultater som her er presentert er basert på forsøk utført med frosset råstoff. Ettersom det kan forventes litt variasjon i resultatene ved bruk av ferskt råstoff, ble enkelte av prosjektets konklusjoner etterprøves med ferskt råstoff. Ved bruk av enzymer man kan utvinne opp til 95% av oljen som er i utgangsmaterialet. Kinetikken av oljeutvinningen indikerer at den høyeste mengden av olje kan man skille etter 30-45 minutter hydrolysetid. Lengre hydrolysetid kan redusere mengden av olje og medføre en økning i mengden av emulsjon. Endogene enzymer frigjør like mye olje som flere av de kommersielle enzymene. Derfor bør tilsetning av kommersielle enzymer for hydrolyse vurderes opp mot bruk av kun endogene enzymer.

26 Resultatene fra oljeutbytte og emulsjonsdannelse viser at blandingen av Papain og Bromelain (50/50) og Protamex er de beste enzymer blant de studerte. Dette fordi de frigjører olje uten dannelse av store mengder av uønsket emulsjon. Blant de enzymene som ble benyttet i studien ga blandingen av Papain og Bromelain (50/50), Promod og Protamex et FPH pulver med lavest konsentrasjon av lipider. Alcalase, blanding av Papain og Bromelain (50/50) og Protamex ga den laveste mengden av sedimenter. For å produsere hydrolysater med lav bitter smak er bruk av endogene enzymer og/eller en blanding av Papain og Bromelain (50/50) best av de studerte enzymer. Evaluering av alle lab-hydrolyseforsøk indikerer at blandingen av Papain og Bromelain (50/50) gir gode resultater på de fleste kvalitetsegenskaper som er undersøkt i dette prosjektet. Blandingen av Papain og Bromelain ble derfor valgt som hydrolysesystem for pilotforsøkene hos Modolv Sjøset. Enzymkostnadene ved hydrolyseprosessen utgjør et vesentlig bidrag til produksjonskostnadene Tabell 3. Disse kostnadene bør derfor reduseres sett i relasjon til investering og drift. En total prossesvurderinger med utnyttelse av restråstoff fra lakseindustrien er tidligere utført (8).

27 4 Test av ulike prosesskonsepter i pilotanlegg Andre del av hydrolyseprosjektet ble utført i pilotskala ved bruk av SINTEFs mobile prosessanlegg hos Modolv Sjøset Pelagic (Træna) hvor fersk sildebiråstoff ble prosessert. Målsettingen var firedelt: Produsere ren olje fra ferskt sildebiråstoff. Det produseres for EPAX 2 * 30 liter sildeolje fra ferskt sildebiråstoff levert fra Modolv Sjøset. Sildeoljen produseres ved henholdsvis 90 grader og 50 grader. Oljen fylles på kanner som leveres fra EPAX. Denne oljen produseres uten hydrolyse. Produsere sildeolje, flytende hydrolysat og uløselig masse (grakse) fra tradisjonell prosess med hydrolyse av sildebiprodukter utført med kommersielt enzym og påfølgende oljeseparering. Produsere sildolje og flytende hydrolysat fra prosess og grakse, hvor oljen skilles først fra oppvarmet biråstoff. Biråstoffet hydrolyseres og flytende hydrolysat og grakse separeres.. Analyser av produserte produkter Det var ikke fokus under disse forsøkene på utbytter på ulike fraksjoner så utbytter ble ikke målt. Potensielle utbytter er dokumentert fra lab-skala forsøk. 4.1 Bruk av mobilt pilotanlegg for produksjon av marine oljer og proteinfraksjoner ved Modolv Sjøset Pelagic. 4.1.1 Beskrivelse av mobilt prosessanlegg Med SINTEF Fiskeri og havbruks mobile fabrikk kan olje- og proteinrikt fiskebiråstoff fra slakterier og pelagisk industri utnyttes til produkter med nye egenskaper. Anlegget er bygd slik at ulike produksjonsprosesser kan testes for optimalisering av prosessdesign tilpasset ønskede produkter (Figur 21). Prosesscontaineren inneholder en liten, men komplett fabrikk for å utvinne fiskeolje og proteinrike fraksjoner av restråstoffene fra fiskeindustrien (Figur 21). Disse råstoffene, som

28 ryggbein, slo og avskjær fra filetproduksjon, går i dag hovedsaklig som råstoff til fiskemelfabrikker. For å ivareta råstoffets potensialer er viktig at råstoffet er blodferskt når det skal videreforedles, og det er bakgrunnen for at prosesscontaineren er mobil. Containeren kan sendes ut til de anleggene som ikke har videreforedling i dag, men som vil ha testet ut om deres restråstoffer egner seg til det. Fiskeindustri som har etablert egen prosessering av fiskeolje og/eller proteinprodukter kan benytte prosesscontaineren til å gjøre eksperimenter og finne en optimalisering av prosessen. Anlegget holder næringsmiddelstandard. Ved hjelp av enkle grep kan anlegget settes opp for ulike typer prosesser og prøveproduksjoner. På den måten kan effekt av ulike prosesstrinn analyseres og ulike vareprøver produseres. Fiskeoljer av ulik kvalitet, ulike flytende proteinfraksjoner og faste fraksjoner, som for eksempel fiskebein, kan produseres i pilotskala. Ved behov videreforedles disse fraksjonene (tørkes, ekstraheres, membranfiltreres, molekylærdestilleres etc.) ved SINTEF Sealab i Trondheim eller for eksempel hos leverandører av egnet industrielt prosessutstyr. Det mobile prosessanlegget for oljeproduksjon og hydrolyse (Figur 22) ble brukt til forsøket med fersk sildebiråstoff. Det mobile prosessanlegget ble sent til Træna og monterte opp i umiddelbar nærhet til Modolv Sjøset sine lokaler (Figur 22). Figur 21. Skisse av det mobile prosessanlegget for oljeproduksjon og hydrolyse (grafikk: SINTEF Fiskeri og havbruk).

29 Figur 22. Transportering av containeren (øverste bilde) og produksjon ved Modolv Sjøset (nederste bilde) (foto: SINTEF Fiskeri og havbruk). 4.2 Direkte produksjon av olje Hensikt med dette forsøket var å produsere olje med lav oksidasjonsgrad og hydrolysegrad fra meget ferskt silderåstoff. Denne oljen gikk til analyse og videre opprensning ved EPAX. Samfengt sildebiråstoff (slo, rogn, melke, avskjær, hode og rygger) ble produsert av Modolv Sjøset og overført direkte til kvernen i prosessanlegget. Biråstoffet ble kvernet og pumpet via en skarpevarmeveksler (temperatur 75 90 C) direkte videre til en tricanter hvor råoljefraksjon,

30 vannfraksjon (limvann) og uløselig grakse ble separert. Prøver fra graksen ble tatt og vannfraksjonen ble kastet. Råoljen ble samlet opp i en beholder og ble pumpet uten nevneverdig opphold til poleringsentrifuge hvor rester av vann, dispergert organisk materiale og luft ble fjernet ( Figur 23). Den polerte oljen ble fylt direkte i aluminiumskanner under nitrogenatmosfære (Olje D1). Kvern Varme veksler Trikanter Polerings sentrifuge Lim vann 1 Grakse 1 Olje D1 Figur 23. Skjematisk framstilling av produksjonen av ren olje fra ferskt sildebiråstoff. 4.3 Produksjon av hydrolysat og olje ved hydrolyse og etterfølgende separasjon Hensikt med dette forsøket var å produsere prøver for analyse av hydrolysat, grakse og olje. I dette forsøket ble biråstoffet hydrolysert med etterfølgende separering i olje, hydrolysat og grakse. Samfengt sildebiråstoff (slo, rogn, melke, avskjær, hode og rygger) ble produsert av Modolv Sjøset og overført til kvernen i prosessanlegget. Biråstoffet ble kvernet og pumpet via en skarpevarmeveksler hvor temperaturen ble øket til 50-60 C og direkte videre til hydrolysetanken. I hydrolysetanken ble vann tilsatt (50/50) pluss en blanding av Papain og Bromelain (50/50) i en konsentrasjon på 0,1% av sildbiråstoffets våtvekt. Blandingen av Papain og Bromelain (50/50) var brukt i dette forsøket etter at hydrolyseforsøk i lab skala indikerte at denne blandingen gir gode resultater på de fleste kvalitetsegenskaper som er undersøkt i dette prosjektet. Etter avsluttet hydrolyse (ca 1 time) ble hydrolysetankens innhold varmet opp til 90 grader for å inaktivere enzymene. Innholdet ble videre pumpet over til trikanteren hvor råoljefraksjon, hydrolysatfraksjonen (Hydrolysat 1) og hydralysat (H) grakse ble separert (Figur 24). Prøver av hydrolysat ble tatt. Råoljen ble samlet opp i en beholder og pumpet uten nevneverdig opphold til poleringsentrifugen hvor rester av vann, dispergert organisk materiale og luft ble fjernet. Den polerte oljen ble fylt direkte i aluminiumskanner under nitrogenatmosfære (Olje H1).

31 Kvern Varme veksler Hydrolyse tank Trikanter Polerings sentrifuge Hydrolysat 1 H grakse Olje H1 Figur 24. Produksjon av hydrolysat og olje ved hydrolyse og separering. 4.4 Produksjon av hydrolysat og olje ved oljeseparering og etterfølgende hydrolyse Hensikt med dette forsøket var å produsere opp prøver for analyse av olje, limvann og hydrolysert limvann. I dette forsøket ble oljen separert før hydrolyse og vannfraksjonen etter oljefraskillelsen ble enzymatisk hydrolysert. Etter hydrolysen ble hydrolysatet separert i en ny olje- og graksefraksjon. Denne konfigurasjonen ga olje med god kvalitet (olje 1), men lavt hydrolysatutbytte og en sekundær oljefraksjon (olje 2) av noe redusert kvalitet. Sildebiråstoff (slo, rogn, melke, avskjær, hode og rygger) ble produsert av M. Sjøset og overføret til kvernen i prosessanlegget. Biråstoffet ble kvernet og pumpet via en skarpevarmeveksler hvor temperaturen ble øket til 90 C og oppvarmet biråstoff ble ført videre til trikanter hvor råoljefraksjon, limvann og grakse ble separert. Råoljen ble samlet opp i en beholder og pumpet uten nevneverdig opphold til poleringssentrifugen hvor rester av vann, dispergert organisk materiale og luft ble fjernet. Den polerte oljen ble fylt direkte i aluminiumskanner under nitrogenatmosfære(olje D2). Limvannet ble pumpet til hydrolysetanken og temperaturen ble redusert til 50 grader. En blanding av enzymene Papain og Bromelain (50/50) ble tilsatt (0,1% enzymer av vekt limvann) og limvannet ble hydrolysert i en time. Etter avsluttet hydrolyse ble tankinnholdet varmet opp til 90 grader og pumpet over til trikanter hvor råoljefraksjon (olje 2), hydrolysatfraksjonen (vannfraksjon) og grakse ble separert (Figur 25). Prøver av hydrolysert limvann ble tatt (Hydrolysat 2). Råoljen ble samlet opp i en beholder og pumpet uten nevneverdig opphold til poleringsentrifugen hvor rester av vann, dispergert organisk materiale og luft ble fjernet. Den polerte oljen ble fylt direkte i aluminiumskanner under nitrogenatmosfære. (Olje H2).

32 Alle prøver som ble uttatt ble kjølt ned i isvann, frosset i frysetunell og oppbevart ved -20 C. fram til analysene ved laboratoriet ble foretatt. Figur 25. Produksjon av hydrolysat og olje ved oljeseparering og etterfølgende hydrolyse. 4.5 Resultater 4.5.1 Olje 4.5.1.1 Kvalitetsanalyser Kjemisk sammensetning ble bestemt vha Iatroscan (kvantitativ tynnskiktskromatografi) hvor de ulike fettklassene (triglycerider, diglycerider, monoglycerider, frie fettsyrer, fosfolipider, cholesterol og cholesterolestere) kan kvantifiseres (3). Den totale fettsyresammensetningen ble bestemt ved analyse av metylerte fettsyrer. Frie fettsyrer ble også bestemt ved titrering etter metoden til AOCS (Official Method Ca 5a-40: Free Fatty Acids) (9). Oksidasjonsstatus ble bestemt ved peroksid verdi (PV) og anisidinverdi (AV). Oksidasjonsstabilitet ble bestemt ved Oxidative Stability Index (OSI) ved 70 C.

33 4.5.1.2 Resultater Lipidklasser i alle produserte oljer var veldig like og uavhengig av utvinningsmetoder. Det var 99,3±0,2 % triglycerider, 0,4±0,2% kolesterol and 0,3±0,1% fosfolipider. Analyser av lipidlkasser er utført vha Iatroscan som har begrenset mulighet for å måle lave konsentrasjoner av frie fettsyrer. For å kvantifisere disse ble en alternativ måte benyttet for analyse lave konsentrasjoner av frie fettsyrer (Official Method Ca 5a-40: Free Fatty Acids, AOCS). Den totale fettsyresammensetningen er vist i samlet i Tabell 4. Tabell 4. Metningsgrad av olje etter ulike prosesssteg. Nomenklatur for oljene gitt i Figurene 25, 26 og 27. Fettsyrer Olje D1(direkte) Olje H1(hydrolyse) Olje H2 (hydrolyse) mg/g mg/g mg/g Mettet 216,5 211,3 202,6 Monoumettet 422,0 424,5 429,8 Diumettet 12,2 12,9 12,8 Polyumettet 171,8 172,9 172,2 Omega3 161,1 164,5 163,5 Omega6/Omega3 forhold 0,1 0,1 0,1 Som forventet har ikke prosessutformingen noe å si for oljens totale sammensetning av fettsyrer. Det er kjent at sildolje har et meget høyt innhold av monoenfettsyren C20:1, som utgjør 24 % av de monoumettede fettsyrene i oljen. Frie fettsyrer Mengden av frie fettsyrer i oljen er et viktig kvalitetsmål. Konsentrasjonen av frie fettsyrer er en indikasjon på hvor ferskt råstoffet var når oljen ble produsert. De frie fettsyrene dannes fra triglycerider ved hydrolyse med lipaser som finnes i råstoffet (endogene lipaser). I kommersielle sildeoljer ligger mengden frie fettsyrer mellom 3-5 %, og i fiskeolje fra ensilert råstoff er konsentrasjon mellom 8-10 %. Årsaken til den lave konsentrasjonen av frie fettsyrer i oljen produsert direkte på sildemottaket er den eksepsjonelle ferskheten på biråstoffet (Tabell 5). Olje separert ved oppvarming til 80-90 C (Olje D1) hadde en konsentrasjon av frie fettsyrer på 0,12 %. Gjennomgår oljen en hydrolyseprosess sammen med resten av biråstoffet på 1 time ved 50 C øker mengden frie fettsyrer til 0,29 %. Inaktiveres de endogene lipasene ved oppvarming (80-90 C) før hydrolysen og olje er med i hydrolyseprosessen (50 C, en time) hvor kommersielle proteaser tilsettes, vil denne prosessutformingen ikke gi noen signifikant økning i frie fettsyrer i oljen (Olje H2).

34 Oksidasjonssstatus PV (peroksid verdi) indikerer konsentrasjonen av primære oksidasjonsprodukter i oljen, mens anisidinverdi viser nivå på sekundære oksidasjonsprodukter. Den direkte produserte oljen (Olje D1 og Olje D2) har den laveste oksydasjonsstatusen både målt med PV-verdi og anisidinverdi på henholdsvis 1,9-2,3 og 0,3-0,8. Hydrolyseprosessen ved 50 C vil medføre lipidoksidasjon og PV vil øke: Den videre oppvarming til 90 C vil spalte peroksidene og anisidinverdien vil øke. Dette ser vi ved at anisidinverdien har økt fra ca 0,8 før hydrolyseprosesen til 5 og 7 i oljen etter hydrolyseprosessene. Peroksider kan spaltes til aldehyder som reagerer med anisidin og gir opphav til økning i anisidinverdien. Det er videre antatt at en peroksid spaltes til to aldehyder og ved å summere to ganger peroksidverdien og en anisidinverdi får man et uttrykk for den totale oksidasjon. Denne summen benevnes Totox. Denne beregningen viser at direkteprodusert olje har bedre oksidasjonsstatus enn oljen etter hydrolysetrinnet. For vanlig sildolje og fiskeolje fra ensilert råstoff ligger Totox verdiene i henholdsvis områdene 15-25 og 20-25, altså betydelig høyere enn våre verdier for oljer produsert fra ferskt biråstoff som ligger i området 4,6 til 11,5 (Tabell 5). Alle produserte og analyserte oljer var av høy kvalitet. Anisindverder og PV-verdier var betydelig lavere (bedre) enn verdier som er anbefalt av European Pharmacopoeia for oljer til humant konsum fra oppdrett laks og torskelever (anisidinverdie: maks 10 og PV: maks 5 (10-11)). At det ikke er samsvar mellom konsentrasjonen av frie fettsyrer og oksidasjonstatus, skyldes at dannelsen av frie fettsyrer er en enzymatisk prosess og oksidasjon er en ren kjemisk prosess. Produksjon av oljer ble gjort uten noe form for nitrogenbeskyttelse. De angitte verdier er analysert på oljer som hadde gått gjennom en enkel polering. Denne poleringen reduserte peroksid- og anisidinverdi, hovedsakelig ved fjerning av vann og suspendert materiale. Man kan anta at en vask med oksygenfritt vann vil redusere PV og anisidinverdien ytterligere. Oksidasjonsstabilitet. Oksidasjonsstabilitet kan måles med oksidasjonsstabilitetsindeks (OSI). Målemetoden måler hvor lang tid det tar før oljen er oksidert til et visst nivå. Analysen utføres ved relativ høy temperatur som er tilpasset oljen, og for fiskeoljer har vi valgt å benytte 70 C. Luft blåses gjennom oljen og mengden oksidasjonsprodukter måles. Lang OSI-tid er da indikasjon på stabil olje. Tabell 5 viser at råoljene (Olje D1 og Olje D2) var mest stabile (målt til 15 og 18 timer), mens olje etter hydrolyse (Olje H1 og H2) viste målbar oksidasjon etter 9-11 timer.

35 Tabell 5. Olje kvalitet presentert med verdier av frie fettsyrer, anisidin verdi, PV, Totox og OSI. Nomenklatur for oljene gitt i Figurene 25, 26 og 27. Frie fettsyrer, % Anisidinverdi PV Totox OSI, timer Olje D1 (direkte) 0,12±0,01 0,8±0,3 1,9±0,0 4,6 14,8±0,2 Olje H1 (hydrolyse) 0,29±0,01 4,9±0,1 3,3±0,4 11,5 11,4±0,3 Olje D2 (direkte) 0,12±0,01 0,3±0,1 2,3±0,3 4,9 17,9±0,5 Olje H2 (hydrolyse) 0,13±0,01 6,5±0,9 2,4±0,2 11,3 9,1±0,3 4.5.2 Hydrolysater Prøvene fra Træna ble tint i kjølerom og fordelt i 50 ml sentrifugerør og behandlet som beskrevet i Figur 26. Proteinholdige fraksjoner ble frysetørket før videre analyser. 4.5.2.1.1 Kvalitetsanalyser Kvalitet på fiskeprotein-hydrolysater (FPH) ble vurdert etter følgende kriterier: - Kjemisk sammensetning som beskrevet for laboratorieprøvene. - Hydrolysegrad som beskrevet for laboratorieprøvene - Molekylvektfordeling av produserte peptider som beskrevet for laboratorieprøvene - Bitterhet som beskrevet for laboratorieprøvene. Figur 26. Separasjon av industrielle prøver i laboratoriet. Proteinholdige prøver (limvannsprøver, hydrolysat og grakser) fra pilotforsøket ble fraksjonert som vist i Figur 26. Kjemisk sammensetning av de ulike fraksjonene er vist i Tabell 6.

36 Tabell 6. Kjemisk sammensetning gitt i % av proteinholdige prøver etter fraksjonering og frysetørking. Nomenklatur for grakse, hydrolysat og limvann gitt i Figur 23, Figur 24 og Figur 25. Lipider Proteiner Aske Vannfrak. Bunnfall Vannfrak Bunnfall Vannfrak. Bunnfall Grakse 1 13,9±0,5 15,7±0,5 63,5±1,3 76,7±0,7 22,7±0,3 10,5±2,8 Hydrolysat 1 2,1±0,6 44,6±4,1 76,4±6,7 51,9±7,0 20,0±0,5 5,4±1,4 Limvann 2 13,1±0,2 45,6±0,7 64,0±2,2 50,1±0,9 21,7±0,3 5,1±0,2 Hydrolysat 2 7,2±1,5 32,4±1,2 85,0±1,3 60,4±0,3 11,2±0,4 5,3±0,3 Hydrolysegrad Analyser for hydrolysegrad (DH) viser at alle vannfraksjoner fra grakse 1, limvann 2, har en hydrolysegrad som varierer fra 20 til 21 % (Figur 27). En så høy hydrolysegrad er ikke vanlig å observere i ferskt unedbrutt råstoff. Dette kan skyldes at en hydrolyse forgikk i prøven fra den ble tatt til den ble inaktivert ved frysing. Derimot viser grakse 1, at dette ikke er tilfellet, da grakse 1 ble hentet fra Prosses 1 hvor råstoffet ble direkte oppvarmet til 90 grader, noe som sikrer inaktivering av proteasene. Det samme resonnement kan benyttes for Limvann 2. Denne prøven viser en hydrolysegrad på 20 % som ikke er signifikant forskjellig fra grakse 1. Dette viser altså at nedkjølingen av prøvene var tilstrekkelig rask til å hindre proteolyse etter prøvetaking. En annen forklaring kan ligge i at pelagisk fisk inneholder lavmolekylære nitrogenforbindelser som kan gi en høy bakgrunn ved bestemmelse av hydrolysegrad (12). En tredje mulighet er at silda hadde et mageinnhold hvor proteinet var sterkt nedbrutt eventuelt at det skjedde en sterk proteolyse fra filetering til biråstoffet ble behandlet i prosesscontaineren. Hydrolysegraden i vannfraksjonen fra ferskt råstoff (20 %, maks 4 timer etter filetering) var lavere enn hydrolysegraden i frosset råstoff som ble benyttet i laboratorieforsøkene (29 %). Dette forsterker antagelsen om at lab-råstoffet hadde vært utsatt for en delvis hydrolyse før ankomst. En viktig konklusjon er at forsøk med ferskt råstoff direkte på bedriften kan gi andre resultater enn forsøk utført på et fryst og tint råstoff ved et eksternt laboratorium. Ved hydrolyse med kommersielle enzymer i pilotskala ble det oppnådd en målt hydrolysegrad på 22-26 %. Disse verdiene var signifikant lavere for hydrolysater etter hydrolyse av fryst - tint biråstoff, hvor hydrolysegraden ble målt til 35-38 % (Figur 16). Økningen i hydrolysegrad under den kontrollerte hydrolysen ser derimot ut til å være tilnærmet lik, Λ = 6% for pilot og Λ = 6-9 % for hydrolyse i lab-skala og pilotskala. Det tyder på at hydrolysedataene fra lab skala- forsøkene kan ekstrapoleres til pilotskalaen, men under en viss forsiktighet.